Thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOH

Thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOHThiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOHThiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOHThiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOHThiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOH

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ -o0o -Họ và tên : Mai Ngọc Khánh Toàn MSSV: 0941.120.139 Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa 2 _K9 Khoa: Công nghệ Hóa – Chuyên ngành Hóa Phân Tích Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Hoàn NỘI DUNG: Thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOH: Các số liệu ban đầu : - Năng suất 9520 kg/h - Nồng độ đầu vào 10% khối lượng - Nồng độ cuối 35% khối lượng - Áp suất hơi đốt nồi 1 : 4 at - Áp suất hơi ngưng tụ : 0,2 at - Chiều cao ống gia nhiệt 2m GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 1 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành sản xuất khác Một trong những hóa chất được sản xuất và sử dụng nhiều là NaOH vì khả năng ứng dụng rộng rãi của nó Trong quy trình sản xuất NaOH, quá trình cô đặc là một khâu hết sức quan trọng Nó đưa dung dịch NaOH đến một nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu sử dụng đa dạng, tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, và tạo điều kiện cho quá trình kết tinh nếu cần Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOH: năng suất 9520 kg/h, nồng độ đầu vào 10% KL, nồng độ cuối 35% KL, áp suất hơi đốt 4at, áp suất hơi ngưng tụ 0,2 at, chiều cao ống gia nhiệt 2m Đối với một sinh viên nghành hóa,việc thực hiện đồ án thiết bị là hết sức quan trọng Nó vừa tạo cơ hội cho sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâu sắc những kiến thức đã học về các quá trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc quen dần với việc lựa chọn ,thiết kế ,tính toán các chi tiết của một thiết bị với các thông số cụ thể Tuy nhiên, quá trình thiết bị là môn học rất khó mà kiến thức thực tế của sinh viên thì hạn chế nên việc thực hiện đồ án thiết bị còn nhiều thiếu sót Vì vậy kính mong nhận được sự đóng góp nhiệt tình của quý thầy, Cô và các bạn sinh viên để đồ án này được hoàn thiện hơn Và cuối cùng em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến các thầy cô khoa Công Nghệ Hóa, đặc biệt là Thầy Giáo Nguyễn Văn Hoàn đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án Xin chân thành cảm ơn!!! GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 2 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG 1 Giới thiệu chung về natri hydroxit (NaOH) 1.1 Tính chất vật lí của NaOH - Natri hydroxyt là khối tinh thể không trong suốt có màu trắng, không mùi Dễ tan trong nước, tan nhiều trong rượu và không tan trong ete - NaOH có khối lượng riêng 2,13 g/ml Độ pH là 13,5 Nhiệt độ nóng chảy 318oC Nhiệt độ sôi 1338oC Hấp thụ nhanh CO2 và nước của không khí, chảy rữa và biến thành Na2CO3 - Người ta biết được một số hiđrat của nó như NaOH.H 2O, NaOH.3H2O và NaOH.2H2O Nước trong các hiđrat đó chỉ mất hoàn toàn khi chúng nóng chảy 1.2 Tính chất hóa học của NaOH - NaOH là một bazơ mạnh, có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bị cao, trong quá trình sản xuất cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an toàn lao động Ngoài ra, NaOH còn có tính hút ẩm mạnh, sinh nhiệt khi hòa tan vào nước nên khi hòa tan NaOH cần phải dùng nước lạnh -NaOH có đầy đủ tính chất của một bazơ điển hình như : + Làm quỳ hóa xanh + Dung dịch phenolphtalein chuyển thành màu hồng + Tác dụng với oxit axit + Tác dụng với axit + Tác dụng với dung dịch muối 1.3 Điều chế a Trong phòng thí nghiệm + Natri tác dụng với nước : 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 + Natri oxit với nước : 2NaO + H2O = 2NaOH GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 3 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC b Trong công nghiệp: Trước kia, người ta điều chế NaOH bằng cách cho canxi hiđroxit tác dụng với dung dịch natri cacbonat loãng và nóng: Ca(OH)2 + Na2CO3 = 2NaOH + CaCO3 Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hòa với các điện cực làm bằng graphit và có các màng ngăn giữa anot và catot ( màng ngăn được làm bằng amiăng hoặc vật liệu xốp khác ) : 2NaCl + 2H2O dòng điện Cl2 + H2 + 2NaOH 1.4 Ứng dụng của NaOH NaOH được dùng để : - Sản xuất xenlulozơ từ gỗ Sản xuất xà phòng,chất tẩy rửa, bột giặt Sản xuất giấy Sản xuất tơ nhân tạo Sản xuất nhôm ( làm sạch quặng trước khi SX ) Tinh chế dầu thực vật và các sản phẩm chưng cất dầu mỏ Chế phẩm nhuộm và dược phẩm Làm khô các khí và là thuốc thử rất thông dụng trong phòng thí nghiệm hóa học 2 Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất 2.1 Giới thiệu chung về cô đặc Trong công nghiệp sản xuất hóa chất và thực phẩm và các ngành công nghiệp khác nói chung, thường phải làm việc với các hệ dung dịch lỏng chứa chất tan không bay hơi Để làm tăng nồng độ của chất tan người ta thường làm bay hơi một phần dung môi dựa trên nguyên lý truyền nhiệt, ở nhiệt độ sôi, phương pháp này gọi là phương pháp cô đặc Cô đặc là một phương pháp quan trọng trong công nghiệp sản xuất hóa chất, nó làm tăng nồng độ chất tan, tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể, thu dung môi ở dạng nguyên chất Dung dịch được chuyển đi không mất nhiều công sức mà vẫn đảm bảo được yêu cầu GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 4 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Thiết bị dùng để cô đặc gồm nhiều loại như: Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm, thiết bị cô đặc buồng đốt treo, thiết bị cô đặc loại màng, thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng, thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài, thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức, thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm… Tùy từng sản phẩm năng suất khác nhau mà người ta thiết kế thiết bị cô đặc phù hợp với điều kiện cho năng suất được cao, và tạo ra được sản phẩm như mong muốn,giảm tổn thất trong quá trình sản xuất 2.2 Sơ lược về quá trình cô đặc Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sôi với mục đích :  Làm tăng nồng độ chất tan  Tách các chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể  Thu dung môi ở dạng nguyên chất Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết bị cô đặc hay trong hệ thống nhiều thiết bị cô đặc Trong đó: • Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ bị phân hủy vì nhiệt • Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển dùng cho dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác • Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải ra ngoài không khí Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh tế Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm tăng nồng độ dung dịch nhờ đun sôi gọi là quá trình cô đặc Đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi được tách khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn dùng chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng độ của dung dịch sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, trong quá trình chưng cất các cấu tử trong hỗn hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 5 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ đung nóng một thiết bị ngoài hệ thống cô đặc thì ta gọi hơi đó là hơi phụ Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị một nồi hoặc nhiều nồi,làm việc gián đoạn hoặc liên tục Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) thì có thể dùng thiết bị hở; còn làm việc ở các áp suất khác thì dùng thiết bị kín cô đặc trong chân không (áp suất thấp) vì có ưu điểm là: khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch cũng giảm, do đó hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng, nghĩa là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt Cô đặc được ứng dụng trong các nhà máy sản xuất hóa chất và thực phẩm, ví dụ: cô đặc các muối vô cơ,dung dịch kiềm Quá trình cô đặc có thể thực hiện trong thiết bị cô đặc một nồi hay thiết bị cô đặc nhiều nồi, nhưng cô đặc một nồi gây lãng phí nhiên liệu,hiệu quả kinh tế không cao chỉ thích hợp trong quá trình sản xuất đơn giản,nên người ta thường chọn cô đặc nhiều nồi Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có ý nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt Nguyên tắc của quá trình cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi hai đưa vào đun nồi ba hơi thứ nồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ Còn dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi môt phần, nồng độ dần tăng lên Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các nồi, nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi phải giảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau.Thông thường nồi đầu làm việc ở áp suất dư, còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển 2.3 Dây chuyền sản xuất: Sơ đồ thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức: GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 6 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC 11 10 3 4 12 8 1 2 5 6 7 2 9 Hình1: Sơ đồ thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức Chú thích: - 1 Thùng chứa dung dịch đầu 2 Bơm 3 Thùng cao vị 4 Lưu lượng kế 5 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 6 Thiết bị cô đặc - 7 Thiết bị cô đặc - 8 Thùng chứa nước - 9 Thùng chứa sản phẩm - 10.Thiết bị ngưng tụ Baromet - 11.Thiết bị tách bọt - 12.Bơm chân không - 13 Ống tuần hoàn  Nguyên tắc hoạt động: Dung dịch NaOH ban đầu được chứa trong thùng chứa dung dịch đầu (1), dùng bơm (2) để đưa nguyên liệu vào thùng cao vị (3), thùng cao vị được thiết kế có gờ chảy tràn để ổn định mức chất lỏng trong thùng, sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị trao đổi GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 7 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC nhiệt (5) (thiết bị ống chùm) Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dịch được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bảo hòa cung cấp từ ngoài vào, rồi đi vào nồi (6) Ở nồi này dung dịch tiếp tục được đun nóng bằng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm, dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt hơi đốt được đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch Một phần khí không ngưng được đưa qua cửa tháo khí không ngưng.Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng cửa tháo nước ngưng Dung dịch sôi , dung môi bốc lên trong phòng bốc gọi là hơi thứ Dưới tác dụng của hơi đốt ở buồng đốt hơi thứ sẽ bốc lên và được dẫn sang buồng đốt của thiết bị (7) Dung dịch từ nồi (6) di chuyển qua nồi thứ (7) nhờ sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi, áp suất nồi sau < áp suất nồi trước Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồi sau do đó dung dịch đi vào nồi thứ (7) có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi Kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi Dung dịch sản phẩm của nồi (7) được đưa vào thùng chứa sản phẩm (9) qua thiết bị bơm (2).Hơi thứ bốc ra khỏi nồi (7) được đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet (10) Trong thiết bị ngưng tụ, nước làm lạnh từ trên đi xuống, ở đây hơi thứ được ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống Baromet vào thùng chứa còn khí không ngưng đi qua thiết bị tách bọt (11) hơi sẽ được bơm chân không (12) hút ra ngoài còn hơi thứ ngưng tụ chảy vào thùng chứa nước ngưng  Ưu điểm: - Dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi mà không cần dùng bơm - Nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau do đó dung dịch đi vào mỗi nồi đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của nồi đó ( trừ nồi đầu), kết quả là dung dịch sẽ nguội đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi đi một lượng dung môi ( quá trình tự bốc hơi )  Nhược điểm : GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 8 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC - Dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của nồi sau, do đó cần phải tốn thêm một lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy khi cô đặc xuôi chiều dung dịch trước khi vào nồi đầu thường được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước ngưng tụ - Nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sau thấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch lại tăng dần, làm cho độ nhớt của dung dịch tăng nhanh, kết quả hệ số truyền nhiệt sẽ giảm đi từ nồi đầu đến nồi cuối GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 9 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 1.Các thông số ban đầu : - Dung dịch cần cô đặc : NaOH Năng suất tính theo dung dịch đầu Nồng độ đầu Nồng độ cuối Áp suất hơi đốt Áp suất hơi ngưng tụ Chiều cao ống gia nhiệt Gđ = 9520 (kg/h) xđ = 10% khối lượng xc = 35% khối lượng P1 = 4at Png = 0,2at H = 2m 2.Cân bằng vật liệu 2.1 Lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống: W (kg/h) Từ công thức ( VI.1-ST2- T55), Ta có :  x  W = Gđ 1 − đ   xc  Trong đó : W: lượng hơi thứ bốc ra khỏi toàn bộ hệ thống ,(kg/h) Gđ: lượng dung dịch đầu ,(kg/s) xđ, xc: nồng độ đầu và nồng độ cuối của dung dịch, % khối lượng   0.10  W = 9520×  1 −  =6800 (kg/h)  0.35  2.2.Lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi - Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1 : W1 (kg/h) - Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 2 : W2 (kg/h) Giả thiết mức phân phối lượng hơi thứ bốc ra ở 2 nồi là : W1: W2 = 1:1 Ta có hệ: W1 = W2 GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn W1 = 3400 (kg/h) 10 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Dtr - Đường kính buồng bốc Dtr = 1,8 (m) Dn - Đường kính ngoài buồng bốc S- Chiều dài thân buồng bốc S = 0,003 (m) Dn = Dtr + 2S = 1,8 + 2 0,003 = 1,806 (m) Suy ra V = 2,0 3,14 (1,806 2 − 1,8 2 ) = 0,0339(m3) 4 Vậy khối lượng thân buồng bốc: m4 = 7850 0,0339 = 266,115 (kg) - Khối lượng 2 bích ghép nắp và thân buồng bốc m5 = 2 ρ V ρ = 7850 (kg/m3 π 4 V = h .( D 2 − Dδ2 − z.d b2 ) Với D, z, db, h, Dδ - Là các số liệu kích thước có ở bảng tính toán V = 0, 04 3,14 (2,16 2 − 2, 015 2 − 48.0, 0027 2 ) =0,019(m3) 4 Suy ra: m5 = 2.7850.0,019 =298,3 (kg) - Khối lượng 4 bích ghép thân buồng bốt với đáy và phần nói cụt giữa thân buồng đốt và thân buồng bốc m6 = 4 ρ V (kg) ρ- Khối lượng riêng của thép dùng làm bích ρ = 7850(kg/m3) π 4 V = h .( D 2 − Dδ2 − z.d b2 ) GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 93 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC = 0, 04 3,14 (1, 77 2 − 1, 6132 − 40.0, 024 2 ) = 0,016(m3) 4 m6 = 4.7850.0,016 = 502,4 (kg) - Khối lượng hai lưới đỡ ống m7 = 2 ρ V (kg) Trong đó: ρ - Khối lượng riêng của thép: ρ =7850 (kg/m3) π 4 V = S .( D 2 − n.d n2 ) S: Là chiều dày lưới đỡ ống S = 0,012 m D: Đường kính trong thân buồng đốt: Dtr = 1,6m n: Số ống truyền nhiệt n = 931 ống dn: Đường kính ngoài ống truyền nhiệt dn = 0,029 (m) → V = 0, 012 3,14 (1, 6 2 − 931.0, 0292 ) =0,0167 (m3) 4 m7 = 2 7850.0,0138 = 262,19 (kg) - Khối lượng các ống truyền nhiệt m8 = ρ V (kg) Trong đó: ρ : Khối lượng riêng của ống thép: ρ = 7850 (kg/m3) π 4 V = H .n.( d n2 − dtr2 ) n: Số ống truyền nhiệt n = 931 ống h: Chiều cao ống truyền nhiệt h = 2 m dtr- Đường kính trong ống truyền nhiệt dtr = 0,038 (m) GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 94 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC dn: Đường kính ngoài ống truyền nhiệt dn = 0,042 (m) → V = 2, 5 3,14 931.(0, 0292 − 0, 0252 ) =0,584 (m3) 4 m8 = 7850.0,584 =4584,4 (kg) - Khối lượng phần nón cụt nối thân buồng đốt và thân buồng bốc m9 = ρ V (kg) Trong đó: ρ - Khối lượng riêng của thép CT3 : ρ = 7850 (kg/m3) π V = h .( Dn2 − Dtr2 ) 4 Dtr - Đường kính trong phần nón cụt Dtr = ( Dtrbd + Dtrbb ) 1,5 + 1,8 = = 1, 65 (m) 2 2 Dn: Đường kính ngoài phần nón cụt nối Dn = ( Dnbd + Dnbb ) 1,508 + 1,806 = = 1, 657 (m) 2 2 h- Chiều cao phần nón cụt: Chọn h = 0,6m → V = 0, 6 3,14 (1, 657 2 − 1, 652 ) =0,0109(m3) 4 Vậy khối lượng phần nón cụt nối thân buồng đốt và thân buồng bốc m9 = 7850.0,0109= 85,565 (kg) - Khối lượng ống tuần hoàn ngoài m10 = ρ V (kg) Trong đó: ρ - Khối lượng riêng của thép CT3 : ρ = 7850 (kg/m3) GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 95 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC π V = h .( Dn2 − Dtr2 ) 4 Dnth: Đường kính ngoài ống tuần hoàn ngoài Dtrth: Đường kính trongống tuần hoàn ngoài Chiều cao ống tuần hoàn là 4360 mm → V = 4,36 3,14 (0, 4052 − 0, 4 2 ) =0,01378(m3) 4 Vậy khối lượng ống tuần hoàn ngoài là m10 = 7850.0,01378= 108,173 (kg) 9 * Vậy Gnk = g ∑ mi i =1 9 Mà ∑m i =1 i = =300+370,52+266,115+298,3+502,4+262,19+4584,4+85,565+108,173=6777,663 (kg) → Gnk = 9,81 6777,663 = 66488,87 (N) 4.2.Tính Gnd - Thể tích không gian nồi V= Trong đó: π 2 2 2 ( Dtrbb hb + Dtrb hd + Dtrnc hnc ) (m3) 4 hb: Chiều cao ống bốc hb = 0,5m hd: Chiều cao buồng đốt hd = 2 m hnc: Chiều cao phần nón cụt nói hnc = 0,6m Dtrbb: Đường kính trong buồng bốc Dtrbb = 2m Dtrbd:Đường kính trong buồng đốt Dtrbd = 1,5 m GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 96 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Dtrnc: Đường kính trong trung bình hình nón cụt Dtbnc = 1,65 m Suy ra: V = 3,14 (0,5.1,82 + 2.1, 52 + 0, 6.1, 652 ) =6,087 (m3) 4 - Khối lượng nước chứa đầy trong nồi là: Gnd = g ρ V = 9,81.1000.6,087 = 59713,47 (N) Ta có Gtl = Gnk + Gnd = 66488,47+ 59713,47= 126201,94 (N) Ta chọn 4 tai treo, do đó tải trọng mỗi tại treo phải chịu: G= Gtl 126201,94 = = 31550,485 (N) 4 4 Quy chuẩn G = 4.104 N Tra bảng XIII.36/STT2 - T438 tai treo cho thiết bị đứng ta có: + Tải trọng cho phép trên 1 tại treo = 4.104 (N) + Bề mặt đỡ F = 297.10-4 (m2) + Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ q = 1,34.106 (N/m2) + Khối lượng 1 tai = 7,35 kg a B S H 1 B L GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn S 20 d 97 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC + Các kích thước Tải Bề mặt trọng đỡ cho phép F.10-4 trên một tai treo L B B1 H S L a d q.10-6 N/m2 -4 G.10 N 2 m 4 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ 297 1,34 Khối lương một tai treo kg mm mm mm mm mm mm mm mm 190 160 170 280 10 80 20 30 7,35 5.Chọn kính quan sát Ở thiết bị cô đặc ta cần quan sát sự sôi của dung dịch do vậy ta đặt kính quan sát tại buồng bốc, áp suất làm việc nhỏ hơn 6at vật liệu là thuỷ tinh dày 15mm, đường kính φ =300 mm Tra bảng XIII.26/STT2 - T409: Chọn bích lắp đặt và số bu lông Py.106 Dy Ống (N./m2) (mm) Dn D D1 Dδ (mm) (mm) (mm) (mm) GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn Kiểu bích Kích thước nồi 1 Bu Lông db Z h(mm) 98 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC 0,6 300 325 435 395 365 (mm) (cái) M20 12 24 6.Bề mặt dày lớp cách nhiệt (lớp bảo ôn) - Theo V.137/STT2 - T4 Bề mặt lớp bảo ôn được tính δ= 2,8.d11,2 λ1,35 tT1,32 q11,5 (mm) d1: Đường kính ngoài của buồng đốt d1 = 1,508 (m) λ : Hệ số dẫn nhiệt của chất cách nhiệt, chọn chất cách nhiệt là loại vật liệu gạch cách nhiệt: Tra bảng I.126/STT1 - T128 Suy ra gạch cách nhiệt xét ở nhiệt độ từ 100 2000C ta có λ = 0,1395 tT2: Nhiệt độ dung dịch (hoặc hơi quá bão hoà) tT2 = t1 = 142,90C (Khi cấp nhiệt từ ống dẫn ra ngoài đối với hơi nước bão hòa hoặc chất lỏng nóng thì có thể bỏ qua nhiệt trở của tường, coi nhiệt độ t T2 bằng nhiệt độ của hơi nước bão hòa và chất lỏng nóng) q1 - Nhiệt tổn thất tính theo 1 mét chiều dài của thiết bị (N/m2) Tra bảng V.7/STT2- T42 mức tổn thất nhiệt q 1 cho các bề mặt đã có lớp cách nhiệt Khi nhiệt độ của không khí là 250C Để thuận tiện cho việc chế tạo chọn chiều dày lớp cách nhiệt cho buồng bốc và buồng đốt là 40 mm + Đường kính của lớp cách nhiệt là 920(mm) + Nhiệt độ của chất tải nhiệt là t = 142,9 0C Suy ra q1 = 429,988 (W/m) Thay số vào ta có: GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 99 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC δ= 2,8.1,5081,2.0,13951,35.142,91,3 = 0, 0228(m) = 22,8(mm) 429,9881,5 BẢNG TÓM TẮT CƠ KHÍ - CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN Chiều cao buồng đốt 2000 mm Đường kính 1500 mm Số ống gia nhiệt Chiều dày thân buồng đốt Buồng đôt Chiều dày lưới đỡ ống Chiều dày đáy buồng đốt Chiều cao phần lồi đáy Buồng bốc 12 mm 6 mm 375 mm 25 mm Đường kính ngoài ống gia nhiệt 29 mm Chiều cao buồng bốc 2000 mm Đường kính buồng bốc 1800 mm Chiều dày buồng bốc Chiều dày nắp buồng bốc Ống dẫn hơi đốt vào Ống dẫn dung dịch vào Ống dẫn hơi thứ ra GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 4 mm Đường kính trong ống gia nhiệt Chiều cao phần lồi của nắp buồng bốc Ống dẫn 817 mm 3 mm 500 mm 5 mm 200 mm 70 mm 200 mm Ống dẫn dung dịch ra 50 mm Ống tháo nước ngưng 50 mm 100 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Ống tuần hoàn GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 400 mm 101 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC KẾT LUẬN Sau một thời gian cố gắng tìm, đọc, tra cứu một số tài liệu tham khảo, cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn, em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế được giao Qua quá trình tiến hành này, em đã rút ra được một số nhận xét sau: Việc thiết kế và tính toán một hệ thống cô đặc là việc làm phức tạp, tỉ mỉ và lâu dài Nó không những yêu cầu người thiết kế phải có những kiến thức thực sự sâu về quá trình cô đặc mà còn phải biết về một số lĩnh vực khác như: cấu tạo các thiết bị phụ khác, các quy định trong bản vẽ kỹ thuật … Các công thức tính toán không còn gò bó như những môn học khác mà được mở rộng dựa trên các giả thiết về điều kiện, chế độ làm việc của thiết bị Bởi trong khi tính toán, người thiết kế đã tính toán đến một số ảnh hưởng của điều kiện thực tế, nên khi đem vào hoạt động, hệ thống sẽ làm việc ổn định Không chỉ có vậy, việc thiết kế đồ án môn học quá trình thiết bị này còn giúp em củng cố thêm những kiến thức về quá trình cô đặc nói riêng và các quá trình khác nói chung; nâng cao kỹ năng tra cứu, tính toán, xử lý số liệu; biết cách trình bầy theo văn phong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống Việc thiết kế đồ án môn học “quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất và thẹc phẩm” là một cơ hội cho sinh viên ngành hóa nói chung và bản thân em nói riêng làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất Để hoàn thành nhiệm vụ thiết kế được giao, em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Minh Khôi và cô Phan Thị Quyên – người giảng dạy bộ môn “ quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm” – đã cung cấp cho em những kiến thức cơ bản về các quá trình và thiết bị chủ yếu Xin đặc biệt cảm ơn thầy Nguyễn Văn Hoàn - người trực tiếp hướng dẫn em trong quá trình thiết kế đồ án này Mặc dù đã cố gắng để hoàn thành tốt nhiệm vụ, song do hạn chế về tài liệu, hạn chế về khả năng nhận thức cũng như kinh nghiệm thực tế, nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thiết kế Em mong được các thầy xem xét và chỉ dẫn thêm Em xin trân trọng cảm ơn ! GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 102 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]GS.TSKH Nguyễn Bin, PGS.TS Đỗ Văn Đài, KS Long Thanh Hùng, TS Đinh Văn Huỳnh, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phan Văn Thơm, TS Phạm Xuân Toản, TS Trần Xoa (2006), Sổ tay các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chấttập 1,Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật [2]GS.TSKH Nguyễn Bin, PGS.TS Đỗ Văn Đài, KS Long Thanh Hùng, TS Đinh Văn Huỳnh, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phan Văn Thơm, TS Phạm Xuân Toản, TS Trần Xoa (2006), Sổ tay các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chấttập 2,Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật [3] GS.TSKH Nguyễn Bin (2010), Các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩmtập 1, Nhà xuất bản khoa hoc và kỹ thuật [4]TS Phạm Xuân Toản (2010), “Các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm tập 3,Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 103 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC CHUYỂN ĐỔI ĐƠN VỊ HAY GẶP N = kgm/s2 1Nm = 1 jun (J) = 1 Ws = 4,1868 cal 1 Nm/s = 1 W 1 kcal = 4185 Nm 1 Ns/m2 = 10 P 1 at = 9,81 N/cm2 = 10 mH2O = 735 mmHg = 735,6 tor GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 104 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC MỤC LỤC ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ 1 -o0o 1 PHẦN I : .3 GIỚI THIỆU CHUNG 3 1 Giới thiệu chung về natri hydroxit (NaOH) 3 1.1 Tính chất vật lí của NaOH 3 1.2 Tính chất hóa học của NaOH .3 1.3 Điều chế 3 1.4 Ứng dụng của NaOH 4 2 Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất 4 2.1 Giới thiệu chung về cô đặc 4 PHẦN II: 10 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 10 2.Cân bằng vật liệu 10 2.1 Lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống: W (kg/h) .10 2.2.Lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi 10 Giả thiết mức phân phối lượng hơi thứ bốc ra ở 2 nồi là : W1: W2 = 1:1 10 3 Cân bằng nhiệt 11 4.Tính hệ số cấp nhiệt , nhiệt lượng trung bình từng nồi: .22 4.1.Tính hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi 22 4.2 Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ 24 4.3.Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi ,W/m2 độ 25 4.4.Nhiệt tải riêng về phía dung dịch .31 31 4.5.So sánh q2i và q1i .32 5 Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi 32 6 Hiệu số nhiệt độ hữu ích .33 6.1 Xác định tỷ số sau : 33 6.2.Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi : 33 8 Tính bề mặt truyền nhiệt (F) .35 3.Bơm 54 3.1.Xác định áp suất toàn phần do bơm tạo ra 54 3.2.Năng suất trên trục bơm .58 3.3.Công suất động cơ điện 58 1.Buồng đốt nồi cô đặc 71 Thiết bị là việc ở điều kiện áp suất thấp (